[发明专利]一种基于电磁感应透明效应的全介质极化变换器

说明书

一种基于电磁感应透明效应的全介质极化变换器，涉及一种低损耗、超薄全介质极化变换器。解决了现有极化器件的厚度大不利于光子系统的集成或金属材料的极化器件损耗高，限制了极化器件应用的问题。本发明的四个半圆形介质砖两两相对设置，且相对设置的两个半圆形介质砖的半径相同，四根介质线的一端分别与四个半圆形介质砖的矩形侧面连接，四根介质线的另一端固定连接，且构成“十”字形，且所述四个半圆形介质砖和四根介质线均设置在正方形基板的上表面。本发明可作为全介质极化变换器使用。

技术领域

本发明涉及一种低损耗、超薄全介质极化变换器。

背景技术

目前，在异常折射、全息图、四分之一波板等许多领域都涉及到极化问题，因此，控制电磁波的极化状态受到了科学家广泛关注。为了控制电磁波的极化状态，学者们提出了许多有效方法，可以通过在吸收谱、传输谱和反射谱中控制电磁波的幅度和相位来完成。然而传统极化器件的厚度非常大，和波长相当，这对于它集成到现有的光子系统中是非常不便的。

最近研究表明，超介质可用于控制电磁波的极化状态。特别是手性和各向异性超介质在电磁波的极化控制方面表现出超强的能力。这些基于超介质的极化器件由于具有电薄厚度的优点，因此，可解决目前极化器件的厚度问题。但是这些基于超介质的极化器件具有很大的能量损耗，以传输谱为例，这些极化器件具有很大的传输损耗，也就是说，极化器件对于电磁波来说并不是高度透明的，这严重阻碍了极化器件的应用。为了解决极化器件的损耗问题，H.Cao研究小组提出了非扭转的Q型金属环结构，可实现低传输损耗的双频带圆极化波。然而，在目前的低损耗方案中，极化器件是利用金属材料构造的。当工作频率提升到更高的工作频段时(例如太赫兹波段或光波段)，由于金属本身的耗散损耗，基于金属材料的极化器件具有更高的损耗，这严重限制了极化器件的广泛应用。

发明内容

本发明是为了解决现有极化器件的厚度大不利于光子系统的集成或金属材料的极化器件损耗高，限制了极化器件应用的问题，提出了一种基于电磁感应透明效应的全介质极化变换器。

本发明所述的基于电磁感应透明效应的全介质极化变换器，它包括n个介质表面单元，每个介质表面单元均包括正方形基板1、四个半圆形介质砖2和四根介质线3；n为正整数。

四个半圆形介质砖2两两相对设置，且相对设置的两个半圆形介质砖2的半径相同，四根介质线3的一端分别与四个半圆形介质砖2的矩形侧面连接，四根介质线3的另一端固定连接，且构成“十”字形，且所述四个半圆形介质砖2和四根介质线3均设置在正方形基板1的上表面。

进一步地，四根介质线3固定连接构成的“十”字形的交点为圆形。

进一步地，四根介质线3固定连接构成的“十”字形的交点圆形的半径为R₁；R₁＝25μm。

进一步地，四个半圆形介质砖2中两个半圆形介质砖2的半径为R₂，R₂＝36μm另外两个半圆形介质砖2的半径为R₃，R₃＝43μm。

进一步地，正方形基板1的边长为a，a＝240μm。

进一步地，正方形基板1的厚度为d，d＝50μm。

进一步地，四根介质线3的长度均为L，L＝35μm。

进一步地，四个半圆形介质砖2和四根介质线3的厚度均为20μm。

进一步地，四个半圆形介质砖2和四根介质线3的介电常数均为114，正方形基板1的介电常数为3.79。

本发明所述的具有电磁感应透明效应的全介质超表面，完成了电磁波的极化控制。该全介质超表面利用米氏电磁感应透明效应的高透波率、强色散特性，实现了低损耗的极化变换，而且该结构具有厚度薄的优点(厚度约为0.13λ)。